ES2316527T3 - Motor de cc sin escobillas. - Google Patents

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Abstract

Un motor de corriente continua sin escobillas, que puede conectarse a una bomba de combustible, que comprende una carcasa (10), un estator (13) y un rotor (11) dentro de la carcasa (10), bobinados en el estator (13), sensores para detectar la posición del rotor con respecto al estator y circuitería electrónica para interrumpir la corriente de los bobinados como respuesta a las salidas de los sensores para hacer que el rotor (11) gire con respecto al estator (13), estando los sensores y al menos una parte de la circuitería electrónica encapsulados en un material eléctricamente aislante y resistente a combustible en un recipiente (16) dentro de la carcasa, en el que recipiente (16) tiene un manguito interno (18) a través del cual puede fluir el combustible desde la bomba de combustible, caracterizado porque el árbol (12) pasa a través del recipiente (18).

Description

Motor de corriente continua sin escobillas.
Esta invención se refiere a un motor de corriente continua sin escobillas y más particularmente, aunque no exclusivamente, a un motor tal para usar junto con una bomba de combustible.
Los motores de corriente continua de imán permanente (PMDC) convencionales se diseñan tradicionalmente con piezas de conmutación relativamente baratas que comprenden un conmutador y un sistema de escobilla/hoja. Para muchas aplicaciones específicas estos motores de tipo escobilla mantendrán su importancia especialmente en el extremo inferior del intervalo de aplicaciones.
Por otro lado, la dependencia de sistemas de control electrónico está aumentando desde aplicaciones variadas en el coche a diferentes tensiones hasta herramientas eléctricas profesionales. Mientras, parámetros tales como una larga vida, eficacia, fiabilidad, baja interferencia electromagnética y ruido cada vez tienen mayor importancia.
La tecnología de motor de corriente continua sin escobillas (BLDC) hace posible conseguir estos requisitos. Los problemas asociados con las escobillas se eliminan. Los avances en MOSFET y tecnología de montaje superficial conducen a una menor pérdida de tensión (con una reducción de la disminución de calor), a un menor espacio requerido y a una tendencia de reducción de precio.
A partir del documento US5053664A se conoce cómo proporcionar una bomba de combustible accionada por motor. Sin embargo, la transmisión y disipación de calor aún son problemáticas y por lo tanto se requiere una refrigeración mejorada.
El documento DE3126100A1 sugiere el uso de un manguito interno para el flujo de combustible, aunque el árbol del rotor no pasa a través del manguito en ambos lados, limitando de nuevo la mejora en la refrigeración y por lo tanto en la longevidad.
De acuerdo con la invención se proporciona un motor de corriente continua sin escobillas, que puede conectarse a una bomba de combustible que comprende una carcasa, un estator y un rotor dentro de la carcasa, bobinados en el estator o el rotor, sensores para detectar la posición del rotor respecto al estator y circuitería electrónica para interrumpir la corriente en los bobinados como respuesta a las salidas de los sensores para hacer que el rotor gire con respecto al estator, los sensores y al menos una parte de la circuitería electrónica que está encapsulada en un material eléctricamente aislante en un recipiente dentro de la carcasa, en el que el recipiente tiene un manguito interno a través del cual puede fluir el combustible desde la bomba de combustible, caracterizado porque el árbol pasa a través del recipiente.
Las características preferidas y/u opcionales de la invención se indican en las reivindicaciones 2 a 9, inclusive.
La invención se describirá a continuación más particularmente, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista en perspectiva de una realización de un motor de corriente continua sin escobillas de acuerdo con la presente invención,
la Figura 2 es una vista en corte del motor mostrado en la Figura 1,
la Figura 3 es una vista en perspectiva despiezada del recipiente para contener la circuitería electrónica del motor mostrado en las Figuras 1 y 2,
la Figura 4 es una vista en perspectiva del recipiente de la Figura 3 montado en el estator y que contiene la circuitería electrónica.
La Figura 5 es una vista en perspectiva desde abajo del recipiente mostrado en la Figura 3,
la Figura 6 es un vista en perspectiva de un aislante delantero del motor,
la Figura 7 es un vista en perspectiva del rotor del motor,
la Figura 8 es una vista parcialmente cortada del rotor mostrado en la Figura 7,
la Figura 9 es una vista en planta que muestra los laminados del motor y el estator del motor,
la Figura 10 es una vista en planta de un laminado del rotor modificado,
la Figura 11 es una vista en planta de otro laminado del rotor modificado,
la Figura 12 es un vista fragmentada en perspectiva de un estator alternativo y
la Figura 13 es una vista en perspectiva del estator mostrado en la Figura 11 con trozos de flujo añadidos.
Haciendo referencia ahora a los dibujos, el motor de corriente continua sin escobillas mostrado en los mismos comprende una carcasa externa embutida 10, un rotor 11 que incluye un árbol 12 que tiene una superficie plana 12a en el extremo que se proyecta desde el extremo de la carcasa 10, un estator bobinado 13 que rodea al rotor 11, una capa final 14 que cierra el extremo abierto de la carcasa 10, y un recipiente 16 dentro de la carcasa 10 para los sensores y la circuitería electrónica. El estator de bobinado 13 comprende un bobinado de estator 19 enrollado alrededor de laminados de estator 30.
El motor tiene una apariencia global similar a la del motor de corriente continua de imán permanente convencional que tiene piezas de conmutación que comprenden un conmutador y un sistema de escobilla/hoja. El motor tiene aplicación particular como motor para bomba de combustible, aunque también tiene otros usos.
Haciendo referencia ahora a las Figuras 3 a 5, el recipiente 16 comprende un cuenco cilíndrico 17 que tiene un manguito integral 18 recto desde la base del cuenco. El recipiente está formado típicamente de poliacetal (POM) y contiene sensores, típicamente en forma de sensores de efecto Hall para detectar la posición del rotor 11 respecto al estator 13 y la circuitería electrónica montada en una tarjeta de circuito impreso anular 20 que se ajusta sobre el manguito recto 18. Idealmente los sensores de efecto Hall permanecen planos sobre la tarjeta de circuito impreso 20. Esto es ventajoso si se compara con los sensores Hall "que permanecen rectos" convencionales porque es más fácil ensamblar y más fiable contra el combustible y las vibraciones después de la encapsulación completa. También, permite una reducción en la distancia entre los sensores y la superficie superior plana del rotor de imán permanente. La circuitería interrumpe la corriente en los bobinados del estator de una manera conocida en respuesta a las salidas de los sensores para provocar que el rotor gire con respecto al estator. Los sensores y la circuitería electrónica se encapsulan entonces en un material eléctricamente aislante, típicamente una resina epoxi que llena o llena sustancialmente el recipiente 16. El manguito 18 se dimensiona de manera que permita que el árbol del rotor 12 se extienda a través del mismo y permita que el combustible de la bomba de combustible fluya a su través.
Los sensores y la mayoría de los componentes electrónicos, incluyendo todas las partes eléctricamente conductoras de los mismos, están totalmente encapsuladas. Sólo aquellas piezas tales como por ejemplo terminales eléctricos y/o grandes capacitores no estarán totalmente encapsulados.
Como se muestra en la Figura 5, el lado inferior de la base del cuenco 17 tiene cuatro conectores de desplazamiento aislante 21 para dirigir la conexión a los bobinados del estator 13. El recipiente 16 y sus contenidos pueden preensamblarse permitiendo que se "conecte" en el motor.
La conductividad térmica del material encapsulante puede que no sea tan importante debido al efecto de refrigeración del combustible que pasa a través del manguito 18.
La Figura 6 muestra en detalle un aislante delantero 22 que se sitúa en el estator y que tiene el mismo número de ranuras 23 (cuatro en este ejemplo) para recibir los bobinados del estator y las conexiones de desplazamiento de aislamiento 21 en el recipiente 16.
El lugar de montar los sensores y la circuitería electrónica en una tarjeta de circuito impreso, la superficie inferior interna del recipiente 16 podría tener un patrón eléctricamente conductor impreso sobre la misma. Esto puede tomar la forma de una lámina de prensa caliente aplicada con un sello de prensa caliente. Después, todos los componentes electrónicos pueden ensamblarse automáticamente en la superficie interna del cuenco y encapsularse posteriormente. Otra ventaja de esta técnica es una reducción adicional en la distancia entre los sensores Hall y la superficie superior plana del imán del rotor que da como resultado un aumento de la potencia del campo magnético para detectar la posición.
El motor tiene también un aislante trasero 24 similar pero no idéntico al aislante delantero 22.
La etapa final 14 está conectada a la carcasa 10 de manera que sujeta al borde de la carcasa 10 sobre la etapa final por ejemplo en dos posiciones. Esta etapa final 14 soporta o define un cojinete para el árbol del rotor 12 e incluye también características integrales necesarias para una bomba de combustible habitual. Se proporciona una terminación 26 en la tapa final 14 para la conexión a un suministro externo.
Se proporciona un manguito 15 en el extremo final del motor. El manguito 15 está formado típicamente de polifenilensulfuro (PPS). Este material tiene una alta estabilidad dimensional térmica, bajo alargamiento y una resistencia extremadamente buena contra todas las clases de combustibles agresivos. El manguito 15 soporta o define un cojinete para el árbol de rotor 12 y también para la unión a una bomba de combustible estándar por ajuste por presión en un orificio en la carcasa de la bomba de combustible. Convencionalmente, el manguito 15 ha sido parte de la carcasa de la bomba. Ahora es parte del motor. Esto es ventajoso puesto que sirve al doble propósito de soportar o definir un cojinete para el árbol del rotor 12 y como un elemento de conexión/alineación para la carcasa de la bomba y permite que el motor se ensaye completamente antes de suministrarlo a un cliente.
El uso de un motor de corriente continua sin escobillas opuesto a un motor de conmutador convencional hace posible una reducción radial y axial de las dimensiones del motor.
Haciendo referencia ahora a las Figuras 7 a 11, el rotor comprende un árbol del rotor 12 y un núcleo laminado 27 sobremoldeado con material 33 magnetizado posteriormente al moldeo.
El núcleo laminado 27 comprende una pluralidad de laminados del rotor 29. Como se muestra en la Figura 9, estos laminados se estampan desde la lámina metálica y pueden estamparse al mismo tiempo que los laminados del estator 30 para ahorrar el coste de un núcleo diferente. Los laminados del rotor 29 tienen tres ranuras 31 espaciadas equi-angularmente, que se extienden radialmente hacia dentro y una abertura central 32 para montar los laminados en el árbol del rotor 12. Gran parte de estos laminados 30 se sobre-moldean con un material magnetizable 33, típicamente se unen termoplásticamente al compuesto NdFeB y este material (isotrópico) 33 se magnetiza (como se muestra en la Figura 7) después del moldeo. El sobre-moldeo puede incluir también un anillo integral 34 que puede cargarse como un disco de codificación para dar una potencia de campo magnético mayor en la dirección axial (necesaria para los sensores Hall).
Un rotor formado de esta manera no requiere ningún tratamiento y es fácil de montar. Tampoco se necesita equilibrado. El material de moldeo 33 tiene también las ranuras 31.
La Figura 10 muestra un laminado de rotor alternativo que tiene seis aberturas 35 en su interior. Estas aberturas 35 están espaciadas equi-angularmente y tres de las aberturas son mayores que las otras. Esto reduce el peso del núcleo del rotor 27 aunque, preferiblemente, para evitar pérdidas de empuje del rotor de la bomba de combustible (es decir pérdidas debidas a turbulencias del rotor en el fluido) los laminados finales preferiblemente no tienen dichas aberturas 35.
La Figura 11 muestra otro laminado más del rotor que no tiene ranuras 31 pero sobre una superficie periférica con protuberancias no uniformes y seis aberturas 35' de iguales dimensiones.
Los laminados de estator 30 mostrados en la Figura 9 se estampan en el mismo al igual que los laminados del rotor y comprenden un anillo externo 36, cuatro piezas de polo 37 espaciadas equi-angularmente que se extienden radialmente hacia dentro alrededor de las cuales se enrollan los bobinados (no mostrados) y cuatro piezas de flujo entre las piezas de polo 37. Una gran parte de estos laminados es difícil de enrollar debido a los pequeños huecos entre las zapatas de polo 37 y las piezas de flujo 38. Además, para motores de pequeño tamaño no se recomienda un bobinado de bobina externo alrededor de las piezas de polo con inserción posterior sobre el anillo externo.
En un aspecto de la invención, y como se muestra en las Figuras 12 y 13, un estator alternativo 13' tiene un anillo externo 36' como una pluralidad de piezas de polo espaciadas angularmente 37' que se extienden radialmente hacia dentro desde el anillo 36' y una pluralidad de piezas de flujo 38' entre las piezas de polo 37'. Las piezas de flujo 38' están separadas del anillo 36' y las piezas de polo 37' y pueden deslizarse hacia ranuras 39 definidas por el anillo externo 36' después del bobinado de las piezas de polo 37'. Esto simplifica el proceso de bobinado y permite que las piezas de flujo 38 se conformen de forma óptima.
El anillo 36' y las piezas de polo 37' se forman integralmente y podrían formarse de laminados estampados asegurados conjuntamente tal como mediante perforación de soldadura/encapsulado o más preferiblemente se forman en una construcción unitaria montando un material sinterizado magnético blando.
Las realizaciones descritas anteriormente se proporcionan únicamente a modo de ejemplo y diversas modificaciones resultarán evidentes para los especialistas en la técnica sin alejarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, el rotor podría rodear el estator, más particularmente cuando se usa como motores de ventilador o accionadores de almacenamiento.

Claims (9)

1. Un motor de corriente continua sin escobillas, que puede conectarse a una bomba de combustible, que comprende una carcasa (10), un estator (13) y un rotor (11) dentro de la carcasa (10), bobinados en el estator (13), sensores para detectar la posición del rotor con respecto al estator y circuitería electrónica para interrumpir la corriente de los bobinados como respuesta a las salidas de los sensores para hacer que el rotor (11) gire con respecto al estator (13), estando los sensores y al menos una parte de la circuitería electrónica encapsulados en un material eléctricamente aislante y resistente a combustible en un recipiente (16) dentro de la carcasa, en el que recipiente (16) tiene un manguito interno (18) a través del cual puede fluir el combustible desde la bomba de combustible, caracterizado porque el árbol (12) pasa a través del recipiente (18).
2. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los sensores son sensores de efecto Hall colocados planos sobre o adyacentes al extremo del recipiente (16) más cercano al rotor (11).
3. Un motor de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que todas las partes eléctricamente conductoras de la circuitería electrónica están encapsuladas en el material eléctricamente aislante y resistente a combustible.
4. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que los sensores y la circuitería electrónica se montan en una tarjeta de circuito impreso (20) en el recipiente (16).
5. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los sensores y los componentes electrónicos de la circuitería están conectados eléctricamente por un patrón eléctricamente conductor impreso sobre una superficie interna del recipiente.
6. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el recipiente (16) tiene conexiones de desplazamiento aislante externo (21) para conexión directa a los bobinados.
7. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en el que el recipiente (16) y sus contenidos están pre-ensamblados.
8. Un motor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1a 7, en el que estator (13) rodea al rotor (11) y un tiene un anillo externo (36) con una pluralidad de piezas de polo espaciadas angularmente (37) que se extienden hacia dentro desde el anillo externo y una pluralidad de piezas de flujo (38) entre las piezas de polo, habiéndose insertado las piezas de flujo después de aplicar los bobinados a las piezas de polo.
9. Un motor de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el anillo externo (36) define una pluralidad de ranuras (39) en su superficie interna para recibir de forma deslizable una pieza de flujo (38') entre cada par adyacente de piezas de polo de bobinado (37').
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